岩层控制的全柱状学术思想与实践
许家林1
朱卫兵2
轩大洋2
王晓振2
秦伟3
金洪伟4
鞠金峰5
胡国忠2
谢建林3
屈庆栋6
吴仁伦7
汪锋8
何昌春9
李竹3
1.中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室,江苏徐州 221116;中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 2211162.中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 2211163.中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室,江苏徐州 2211164.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安 710054;西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室,陕西西安 7100545.中国矿业大学矿山互联网应用技术国家地方联合工程实验室,江苏徐州 221008;中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心,江苏徐州 2210086.澳大利亚联邦科学与工业研究组织可持续采矿技术研究所,澳大利亚昆士兰40697.中国矿业大学(北京)能源与矿业工程学院,北京 1000838.山东科技大学能源与矿业工程学院,山东青岛 2665909.东华理工大学土木与建筑工程学院,江西南昌 330013
摘要：岩层控制是通过控制采动岩层破断运动来减轻或消除采动损害的一门科学,目的是为了保障煤炭安全、高效、绿色开采.传统岩层控制研究思想与方法存在2方面局限:对覆岩进行均化而不能抓住主要矛盾,仅关注局部岩层运动而缺乏对全地层覆岩运动的研究.针对这些问题,在关键层理论应用研究过程中,形成了岩层控制的"全柱状"学术思想,其内涵包括2方面:一是"抓主要矛盾",找到对岩层运动起主要控制作用的关键层(即主要矛盾),避免对覆岩均化处理.二是"关注全局",将采动覆岩作为整体研究,充分考虑关键层所处的复杂地层场景条件可能对关键层破断的影响,从整个岩层移动角度研究矿压显现、水与瓦斯运移、开采沉陷等.按照全柱状学术思想研究岩层控制时,首先需要获取研究区域内不同开采尺度(矿井、采区、工作面及块段)地层的钻孔"全柱状",即包含从开采煤层直到地表所有岩层信息的全取心完整柱状,根据研究区域内多个钻孔柱状的关键层判别,形成研究区域内岩层赋存特征的整体画像,避免仅采用局部柱状或综合柱状,也不能对全柱状进行均化处理.充分考虑原岩应力、地质构造、地形地貌、水体载荷、开采部署等多种具体场景因素可能导致的关键层受载差异与破断异常,以及不同区域柱状关键层位置的变化可能对岩层运动产生的影响.在此基础上,建立关键层运动与各种采动损害的联系,据此分析问题发生机理并提出针对性的岩层控制方法.全柱状学术思想推进了岩层控制理论发展与实践创新,解决了压架、突水、沉陷等灾害防控的系列工程难题,取得了显著成效.利用全柱状学术思想取得的岩层控制理论创新主要包括:揭示了采动覆岩卸荷膨胀累积效应,建立了采动覆岩"关键层-松散层拱"结构模型,提出了基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法,建立了基于关键层结构的地表沉陷预计方法,为工程应用奠定了基础.全柱状学术思想在工程应用方面的典型实例包括:找出了浅埋煤层沟谷上坡段、松散承压含水层下等特定条件下开采压架的根本原因,彻底解决了压架防治工程难题;量化关键层位置对"导高"的影响,解决了顶板异常突水防治难题;提出了煤层群卸压瓦斯的"三带"分布,指导了卸压瓦斯抽采实践;研发了覆岩隔离注浆充填技术,创建了地面钻孔一注式高效充填绿色开采新模式,解决了地表沉陷控制等难题,已得到全面推广应用.
关键词：全柱状关键层卸荷膨胀累积效应岩层控制绿色开采
分类号：TD325(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(U22A20169)国家自然科学基金(52374143)国家自然科学基金(42477497)
论文发表日期：2025-01-27
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 166-179 )
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